介质平面波导TE0模衍射场的光束参量

对于傍轴光束，提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M^2等光束参量之间满足简单的关系式，三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算，或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算。M^2因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值，或以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析函数和光束参量的范围。     

平面波导衍射特性分析

从电磁波的瑞利－索末菲标量衍射积分公式出发，利用罗兰圆结构特殊的光学性能，在平面坐标系中简化标量衍射积分公式，推导出横截面折射率阶跃分布的平面波导端口衍射场分布的计算公式，并导出常用的对称结构介质平面波导和金属平面波导端口衍射场的空间频谱，阐明平面波导端口衍射场就是驻波衍射场的本质。     

衍射理论对局域空心光束及无衍射光束重建的描述

利用衍射理论导出了局域空心光束的传输表达式及光强分布,给出了局域空心光束的精细结构,详细分析了其演变过程。讨论了聚焦透镜的焦距f对径向暗域最大尺寸及轴上暗域长度的影响。结果表明,径向暗域最大尺寸及轴上暗域长度都随着f的增大而增大。通过轴棱锥-透镜系统获得局域空心光束,用体视显微镜和CCD照相机组成的系统拍摄光束强度分布。结果表明应用衍射理论可以较精确地描述局域空心光束的演变过程。找出了其应用中的不利因素,更清晰地展现无衍射光束的重建现象。这种描述方法弥补了几何理论和干涉理论的不足。     

微小孔非傍轴衍射光束传输特性的研究

基于非傍轴标量光束横截面上光强的精确定义,对桶中功率和二阶矩定义的光束束宽、远场发散角和M2因子等进行了比较研究.以平面波的微小圆孔衍射光束为例,进行了详细的数值计算.结果表明,桶中功率定义的光束束宽、远场发散角和M2因子较二阶矩定义的小,两种定义的M2因子都随束腰趋于零而趋向于零,桶中功率定义的光束束宽的传播规律与双曲线存在一定偏差.     

像散透镜对高斯光束的变换特性

 基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分,并考虑了像散的影响,对高斯光束通过像散透镜后的传输特性作了解析研究,以光束传输因子和桶中功率为参数分析了像散高斯光束的光束质量,并以数值计算例加以说明。     

像散透镜对高斯光束的变换特性

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分,并考虑了像散的影响,对高斯光束通过像散透镜后的传输特性作了解析研究,以光束传输因子和桶中功率为参数分析了像散高斯光束的光束质量,并以数值计算例加以说明。     

(2+1)维光折变波导阵列的制作

对四个点光源进行光学傅里叶变换,在自散焦光折变晶体中成功地制作了6μm×6μm间隔的并行(2+1)维阵列波导300余条,并证明了阵列波导实质上是二维体相位栅.实验研究了点光源间距、点光源尺寸及写入时间对阵列波导制作的影响,并分析了在自散焦光生伏打光折变介质中形成阵列波导的原理.     

平面波经微小圆孔衍射的传输特性

采用横截面上光强的精确表述,分析了单色平面波微小圆孔衍射后,其衍射光束的传输特性.发现二阶矩定义下的衍射光束束宽满足一般的双曲线传输规律.数值计算表明,在微小圆孔半径小于0.17个波长时,衍射光束的光束传输因子小于1.     

统一非对称光波导横向耦合模理论分析

光波导横向耦合模理论包含正交耦合模理论和非正交耦合模理论两大类, 为了追求形式上的完美, 两类理论没有统一的解析解, 并且都没有对非匹配耦合系统中耦合功率的非对称性进行深入研究. 本文一方面由Helmholtz方程出发推导出了一种新型的非正交耦合模方程, 并对两类理论中的耦合模方程进行了统一处理和求解, 得到了一种统一的解析解; 另一方面根据所得到的统一的解析解对非匹配耦合系统中耦合功率的非对称性进行了详细研究, 计算结果表明非匹配耦合系统中的最大互耦合功率和最小自耦合功率均可用统一的解析解进行近似计算. 关键词： 光波导 耦合模理论 耦合器 最大耦合功率     

带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导

提出了带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导的两种设计方案。分别通过设置两分支波导不同的宽度和改变分支波导与矩形中心的轴偏移量,去获得非对称分支比。采用有限差分光束传播法（FD-BPM）对两种结构进行模拟,得出它们的分支比和损耗。分支比分别最高可达809／6和72．9％,其相对应的损耗分别低于0．12dB和0．23dB,充分证明了方案的可行性,为以后非对称Y分支光波导的制作提供了实验基础。     

侧边抛磨光纤波导传输特性的理论分析

在建立侧边抛磨光纤D型光纤边界条件的基础上,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随光纤的侧边抛磨长度、光纤侧边抛磨后剩余包层的厚度、以及填充聚合物材料折射率三个参量变化的特性.结果表明,侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随着抛磨长度的增加而增大;当抛磨长度等于9 mm时,光功率衰减随着剩余包层厚度的增大而单调递减.而当抛磨长度大于9 mm时,剩余包层厚度小于3 μm的范围内,光衰减随着剩余包层厚度的增加出现振荡;当聚合物折射率与纤芯折射率相同时,光功率衰减最大.     

矩形孔光子晶体波导慢光特性

在线缺陷光子晶体波导中,利用矩形孔和椭圆孔分别替代临近线缺陷的第二行和第一、三行圆形孔,构成矩形孔光子晶体波导结构.利用平面波展开法对波导的慢光特性进行仿真分析,研究矩形孔的非对称性对慢光带宽和色散特性的影响.研究表明,在慢光区域平均群折射率变化为±10%的情况下,与圆形孔线缺陷波导相比,得到的导模能更好地限制在禁带中,而且当矩形孔宽度参量小于高度参量时,导模可以得到归一化延迟带宽积更大、带宽更宽、色散更小的慢光.通过对波导中矩形孔参量的优化,得到的慢光归一化延迟带宽积最大为0.402,此时带宽为44.4nm,群速度色散为8.0ps2/mm.     

离子交换玻璃波导1×8多模干涉光功分器的研制

利用三维有限差分光束传输法 ( 3 D-FDBPM)对渐变折射率波导中自镜象效应进行分析与模拟 ,在此基础上 ,利用 K+ -Na+ 离子交换在国产 K9光学玻璃上制作了 1× 8多模干涉( MMI)光功分器 ,测试表明 ,该器件初步实现了光均分功能 .     

微小孔非傍轴衍射光束传输特性的研究

基于非傍轴标量光束横截面上光强的精确定义,对桶中功率和二阶矩定义的光束束宽、远场发散角和M2因子等进行了比较研究.以平面波的微小圆孔衍射光束为例,进行了详细的数值计算.结果表明,桶中功率定义的光束束宽、远场发散角和M2因子较二阶矩定义的小,两种定义的M2因子都随束腰趋于零而趋向于零,桶中功率定义的光束束宽的传播规律与双曲线存在一定偏差.     

五层MOS光波导TE模光学特性的简化分析

应用一种简化的方法对五层MOS光波导的光学特性进行了分析,给出了TE模传播常数和吸收损耗系数的近似计算公式,并结合计算结果检验了本方法及公式的精度,为实现波导中TE_0模低损耗单模传输,讨论了某些波导参量的选择.     

基于有限元的平面光波导粘接热应力分析

基于有限元理论对阵列光纤和波导芯片粘接情况进行了建模与仿真,分析了在温度变化下不同粘接区域厚度的热应力和微位移的产生和分布,结果表明粘接界面的边缘区域对温度变化最敏感.根据光弹效应定性分析了粘接区域的应力双折射,并利用光束传播法计算了由此微位移所导致的光功率损耗,结果表明若以附加损耗小于0.15 dB的标准考察,则必须要求粘胶厚度的理论值在16 μm以内.总结了温度变化和在相同条件下不同粘胶厚度对平面光波导封装性能的影响规律.     

基于有限元的平面光波导粘接热应力分析

基于有限元理论对阵列光纤和波导芯片粘接情况进行了建模与仿真,分析了在温度变化下不同粘接区域厚度的热应力和微位移的产生和分布,结果表明粘接界面的边缘区域对温度变化最敏感.根据光弹效应定性分析了粘接区域的应力双折射,并利用光束传播法计算了由此微位移所导致的光功率损耗,结果表明若以附加损耗小于0.15dB的标准考察,则必须要求粘胶厚度的理论值在16μm以内.总结了温度变化和在相同条件下不同粘胶厚度对平面光波导封装性能的影响规律.     

径向洛伦兹阵列光束在自由空间的传输特性

推导出有初始相位分布的径向洛伦兹阵列光束在自由空间传输的解析公式,用以研究相干合成光束在自由空间的传输特性。结果表明:在远场,具有不同相位分布的光束光强剖面成为空心形状,具有相同相位分布的光束光强剖面中心为亮斑。合成光束束宽和桶中功率与子光束束腰宽度、径向阵列的初始相位分布和半径有关。对所得结果用数值计算例做了说明。当阵列半径较大和束腰宽度较小时,具有不同相位分布和相同相位的光束束宽随传输距离的变化曲线和桶中功率都趋于一致。     

径向洛伦兹阵列光束在自由空间的传输特性

推导出有初始相位分布的径向洛伦兹阵列光束在自由空间传输的解析公式,用以研究相干合成光束在自由空间的传输特性。结果表明:在远场,具有不同相位分布的光束光强剖面成为空心形状,具有相同相位分布的光束光强剖面中心为亮斑。合成光束束宽和桶中功率与子光束束腰宽度、径向阵列的初始相位分布和半径有关。对所得结果用数值计算例做了说明。当阵列半径较大和束腰宽度较小时,具有不同相位分布和相同相位的光束束宽随传输距离的变化曲线和桶中功率都趋于一致。     

贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导了贝塞尔高斯涡旋光束在湍流大气中传输时系统平均光强的解析表达式,研究了贝塞尔高斯空心涡旋光束在湍流大气中的光强传输特性,同时分析了大气湍流的强弱、涡旋光束的拓扑荷等对光束质量的影响.结果表明:贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中传输时,光强分布经历几个连续的变化,相位奇异性也会在传输过程中消失,该过程与涡旋光束拓扑荷的数目、光束的束腰宽度以及大气湍流的强弱等因素密切相关.拓扑荷数目高的涡旋光束在湍流大气中传输时,其奇异性的保持较拓扑荷数目低的涡旋光束要好.另外,基于桶中功率理论,分析研究了涡旋光束的拓扑荷数目、大气湍流强弱和束腰宽度对贝塞尔高斯涡旋光束在大气湍流中传输时的光束质量的影响.